专利名称：降低帧同步无线通信系统中同信道干扰的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信系统，更具体地说涉及降低帧同步无线通信系统中同信道干扰的方法和设备。
背景技术：
无线通信系统促进了多个用户无线电站或用户装置(固定的或者便携的)和固定网络基础结构之间的双向通信。例证的系统包括移动蜂窝电话系统、个人通信系统(PCS)和无绳电话。这些无线通信系统的目的是应请求在用户装置和基站之间提供通信信道，以使用户装置和固定的网络基础结构(通常为有线系统)连接。在使用多种接入方案的无线系统中，时间帧是基本传输单位。每帧被分成多个时隙。一些时隙用于控制，一些时隙用于信息传送。一般在帧中分配给特定用户装置的时隙内传送信息。用户装置通常利用便于在连接的两个方向上交换信息的“双工”方案与基站通信。
从基站到用户装置的传输一般被称为“下行链路”传输。从用户装置到基站的传输一般被称为“上行链路”传输。根据指定系统的设计标准，现有的无线通信系统一般使用时分双工(TDD)或者频分双工(FDD)方法来简化基站和用户装置之间的信息交换。TDD和FDD双工方案在本领域中都众所周知。在相关专利No.6038455(Gardner等，2000年3月14日颁证)“Reverse Channel Reuse Scheme in a TimeShared Cellular Communication System”中更详细地说明了使用这些方案的例证无线通信系统，该专利就其关于无线通信系统的教导作为参考包含于此。
一些通信系统在基站和它们各自相关的用户装置(或者在宽带无线接入(BWA)通信系统中的“终端站”)之间的通信中不采用时间帧。例如，与在上行链路或者下行链路上通信时，基于电缆调制解调器技术的BWA系统不使用时间帧。于是，这些系统不为基站之间的帧同步创造条件，并且不利的是，不允许基站之间出于降低同信道干扰目的的协调。类似地，非同步TDD系统允许系统内的不同通信小区“自由运行”，因为系统内的不同小区和扇区作用于时间上不同步的帧上。
由于频率分配或带宽通常有限，因此无线通信系统依赖于频率复用。例如，在蜂窝通信系统和宽带无线系统中，地理范围或区域一般被分成名义上为六角形或正方形的小区。如同专利No.6038455中所述，每个小区或扇区被分配一个或多个无线电频率信道。例如，在利用频分多址(FDMA)的蜂窝通信系统中，相邻或相近的小区被分配单独的频率。在分配了所有适用频率之后，必须开始复用这些频率。例如，如果四个频率可用，则在第五个小区中必须开始再次使用第一频率。由于在所结合的美国专利No.6038455中描述的系统的性质，在现有的PCS、蜂窝和寻呼系统中，不能像在BWA系统中那样使用频率复用。例如，在PCS/蜂窝/寻呼系统中，每个小区通常只使用一小部分的频谱。相反，在BWA中，频率复用可以更加积极主动(例如，在每个具有多个扇区的小区，频率至少可被复用一次)。
图1a是表示频率复用的例证宽带无线结构的简化图。在宽带无线通信中，多个基站1与固定的终端站(即用户装置)通信。如图1a中所示，围绕基站1(1a-1d)的多组4个扇区4构成小区2(2a-2d)。小区2被表示成由粗线30和32分隔。在BWA系统中，小区2一般包含4个或6个扇区4。在4个扇区4的情况下，小区覆盖的覆盖范围是正方形(如图1a中所示)。在6个扇区的情况下，小区覆盖的覆盖范围是六角形(如同下述图6中所示)。
从而，每个小区2具有相关并对应的基站1。例如，小区2a具有相关并对应的基站1a。小区2b具有相关并对应的基站1b，依次类推。每个基站1一般包括用于与小区2内的终端站通信的扇形天线阵列。根据宽带无线通信技术，扇形天线在射束宽度方面一般为60或90度，以便与整个扇区内的终端站通信。从而，在4个扇区的情况下，基站1a包含至少4个扇形天线，每个扇区4(4a-4d)一个天线。在6个扇区的情况下，基站包含6个扇形天线。每个扇区包含在唯一的射频(RF)信道上与基站1a通信的多个终端站。
在宽带无线系统中，每个终端站利用高度定向的天线(通常射束宽度小于3度)与其相关基站1通信。高度定向的天线被固定并且指向相关的基站1。基站的扇形天线接收来自于在相同的RF信道上工作，并且位于相对于该扇形天线的视线(line of sight)上的任意终端站的能量。这里，视线(LoS)被定义为发射天线和接收天线之间的无阻(第一菲涅尔区清楚)无线电波传播路径。在下行链路上，基站1的扇形天线在RF信道上把能量传送给终端站的高度定向的天线。在上行链路上，终端站的高度定度天线在RF信道上把能量传送给基站1的扇形天线。
根据频率复用方法学和技术，分配一组RF信道供每个小区(例如小区2a、2b、2c和2d)之用。例如，如图1a中所示，每个小区2利用包含两个频率(A和B)的一组4个正交RF信道(A、A′、B和B′)，其中每个频率具有两个不同的极化(由“未标以撇号的”和“标以撇号的”指示符表示)。于是小区2的每个扇区4(4a-4d)把不同的正交RF信道用于扇区中的终端和相关扇区基站之间的通信(即，扇区4a中的终端使用频率A，扇区4b中的终端使用频率B′，扇区4c中的终端使用频率B，扇区4d中的终端使用频率A′)。随后如图1a中所示在相邻的小区2(例如在小区2b、2c和2d)中复用该组4个正交RF信道。如图1a中所示，在每个小区2(即在小区2a、2b、2c和2d)中，频率分布的模式一般为相邻并且对角线小区2的镜像。从而，小区2a左上侧的左上侧扇区4a和相邻小区2b的右上侧扇区4b使用相同的频率(例如频率A)。它还和小区2d的右下侧扇区及小区2c的左下侧扇区使用相同的频率。
由于频率被复用，尽管地理上分隔开，在相同的可用频率上工作的两个小区或扇区可能相互干扰。这被称为“同信道干扰”。同信道干扰的效果随着地形和距离而变化。在路损条件有利于所需信号的情况下，同信道干扰可能不会强到足以显著影响接收器性能。在其它情况下，路损条件会导致所需的载波功率和干扰之间的差别(称为“C/I”比例)不足以获得良好的接收器性能。同信道干扰反比于无线通信系统的容量(即与多个终端站通信的能力)。从而随着同信道干扰的增大，系统容量降低。
在宽带无线通信中，诸如正交调幅法(QAM)和正交移相键控法(QPSK)之类众所周知的调制方案被用于在终端站和基站之间有效传送数据。供宽带无线通信系统使用的三种典型调制方案是QAM-64、QAM-16和QPSK。当C/I比例较低(即相当高的同信道干扰)时，必须使用稳固的调制方案。QPSK是一种能够在约11dB或更高的C/I比例下工作的稳固调制方案。
图1b表示例证的宽带无线频率复用结构的简化图形表示，表示了与同信道干扰相关的潜在问题。如图1b中所示，位于扇区T1-T4内的终端站在RF信道(A)上工作。位于扇区T1内的终端站能够从基站1e、1f和1g接收不需要的射频能量，因为这些基站1e-1g在相同的RF信道(A)上工作，并且在终端站的LoS上。类似地，基站1g可从位于扇区T1-T3内的终端站接收不需要的射频能量。接收不需要的射频能量会导致同信道干扰。
在图1b的例证宽带无线通信系统中，上行链路的频谱效率低于下行链路的频谱效率。上行链路频谱效率受损，因为基站利用具有非常大的射束宽度(一般为60-90度)的扇形天线收集能量，而终端站利用高度定向的天线(一般射束宽度小于3度)收集能量。从而，下行链路能够支持不太稳固的调制方案(例如QAM-64和QAM-16)，而上行链路需要使用更稳固的调制方案(例如QPSK)。
图2表示图1b的基站1g的上行链路C/I比例和潜地干扰终端站(即位于扇区T1-T3内的终端站)的视线(LoS)活动性的可能性的关系曲线。在该分析中只考虑附近小区中的扇区，因为对于较远的小区来说(一般在毫米波频率下为10-15千米)，LoS条件和传播特性动态变化。纵轴表示以dB量度的C/I比例。横轴表示位于相对于基站1g具有LoS位置的扇区T4之外的终端站的可能性(以百分比量度)。标记为“T1+T2+T3”的曲线表示来自扇区T1-T3的潜在干扰终端站。标记为“仅只T1”的曲线表示仅仅来自扇区T1的潜地干扰终端站。当LoS的可能性为100％时，同信道干扰最大(即发生最坏的情况)。从而，当LoS的可能性为100％时，C/I比例达到其最小值(即同信道干扰处于其最大水平)。
参见图2的T1+T2+T3曲线，当位于扇区T1、T2和T3内的所有潜在干扰终端站的LoS的可能性都大于50％时，C/I低于11dB。从而，通信系统的容量被极大地降低，因为当C/I低于11dB时，即使最稳固的调制方案(即QPSK)也不能工作。参见图2的“仅只T1”曲线，当位于扇区T1内的所有潜在干扰终端站的LoS的可能性为100％时，C/I保持在14dB之上。从而，通信系统的容量不会象前一情况一样受到极大影响，因为当C/I保持在11dB之上时，最稳固的调制方案(即QPSK)能够工作。但是，在100％条件下，需要最稳固的方案。这增大了与系统的部署相关的费用，并且降低了效率。于是，消除来自于选择扇区(例如T2和T3)的同信道干扰将极大地增大系统容量。
于是，需要一种降低无线通信系统中的同信道干扰的方法和设备。该同信道干扰降低方法和设备应增大无线通信系统的容量。这样的同信道干扰降低方法和设备应以分配效率的方式利用上行链路和下行链路带宽。本发明提供这样的一种同信道干扰降低方法和设备。
发明内容
本发明是一种降低无线通信系统中的同信道干扰的新方法和设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括多个基站和多个终端站，每个终端站与至少一个基站相关，并且每个基站具有相关的小区，每个小区包含多个相关的扇区，所述通信系统包括上行链路以及下行链路，所述上行链路包含被分成多个时间帧的上行链路信号，所述方法包括下述步骤(a)在与被选择基站相关的视线扇区中，确定可能干扰所选择基站从终端站进行接收的一组终端站，其中所述终端站组中的至少一个终端站以与所选择基站相同的频率进行工作，以与所选择基站基本相同的极化进行工作和/或包括面向所选择基站的天线；(b)确定所述终端站组中的第一子集，其中所述第一子集与第一组相关基站进行通信，所述第一组相关基站大致沿着这样的射线设置，即所述射线基本上横穿所选择基站，并且与所述视线扇区斜交和/或与所述视线扇区平行；(c)确定所述终端站组中的第二子集，其中所述第二子集与第二组相关基站进行通信，所述第二组相关基站包括没有大致沿着横穿所选择基站的射线设置的一个或多个基站；(d)为所述第一组基站分配第一组时间帧；(e)为所述第二组基站分配第二组时间帧；
(f)在所述第一组时间帧期间，从与所述第一组基站相关的终端站传送上行链路信息；(g)在所述第二组时间帧期间，从与所述第二组基站相关的终端站传送上行链路信息。
根据本发明的另一个方面，提供了一种降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的设备，其中所述通信系统包括多个基站和多个终端站，其中每个终端站与至少一个基站相关，并且每个基站具有相关的小区，每个小区包含多个相关的扇区，所述通信系统包括上行链路以及下行链路，所述上行链路包含被分成多个时间帧的上行链路信号，所述设备包括(a)用于在与被选择基站相关的视线扇区中，确定可能干扰所选择基站从终端站进行接收的一组终端站的装置，其中所述终端站组中的至少一个终端站以与所选择基站相同的频率进行工作，以与所选择基站基本相同的极化进行工作和/或包括面向所选择基站的天线；(b)用于确定所述终端站组中的第一子集的装置，其中所述第一子集与第一组相关基站进行通信，所述第一组相关基站大致沿着这样的射线设置，即所述射线基本上横穿所选择基站，并且与所述视线扇区斜交和/或与所述视线扇区平行；(c)用于确定所述终端站组中的第二子集的装置，其中所述第二子集与第二组相关基站进行通信，所述第二组相关基站包括没有大致沿着横穿所选择基站的射线设置的一个或多个基站；(d)用于为所述第一组基站分配第一组时间帧的装置；(e)用于为所述第二组基站分配第二组时间帧的装置；(f)用于在所述第一组时间帧期间，从与所述第一组基站相关的终端站传送上行链路信息的装置；(g)用于在所述第二组时间帧期间，从与所述第二组基站相关的终端站传送上行链路信息的装置。
根据本发明的再一个方面，提供了一种降低同信道干扰的基于帧的宽带无线通信系统，包括a)用于在小区中传送和/或接收通信信号的多个基站；b)可操作地连接到所述多个基站，并且控制所述多个基站的基站控制器；c)可操作地连接到所述基站控制器的通用计算机，所述通用计算机被设置成(I)在与被选择基站相关的视线扇区中，确定可能干扰所选择基站从终端站进行接收的一组终端站，其中所述终端站组中的至少一个终端站以与所选择基站相同的频率进行工作，以与所选择基站基本相同的极化进行工作和/或包括面向所选择基站的天线；(II)确定所述终端站组中的第一子集，其中所述第一子集与第一组相关基站进行通信，所述第一组相关基站大致沿着这样的射线设置，即所述射线基本上横穿所选择基站，并且与所述视线扇区斜交和/或与所述视线扇区平行；(III)确定所述终端站组中的第二子集，其中所述第二子集与第二组相关基站进行通信，所述第二组相关基站包括没有大致沿着横穿所选择基站的射线设置的一个或多个基站；(IV)为所述第一组基站分配第一组时间帧；(V)为所述第二组基站分配第二组时间帧；(d)多个终端站，耦合到所述多个基站中的至少一个，用于在所述小区中传送和接收通信信号。
根据本发明的再一个方面，提供了一种降低自适应时分双工(ATDD)无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括多个基站和多个终端站，每个终端站与至少一个基站相关，并且每个基站具有相关的小区，每个小区包括多个相关扇区，所述多个基站使用帧同步通信，所述通信系统包括上行链路以及下行链路，所述上行链路包括被分成多个时间帧的上行链路信号，每个时间帧具有相关的帧编号，
所述方法包括下述步骤(a)确定可能干扰所选择基站的终端站组，所述终端站组中的至少一个以与所选择基站相同的频率进行工作，具有与所选择基站基本相同的极化和/或具有面向所选择基站方向的扇区化天线；(b)确定所述终端站组的地理对角线子集，其中所述对角线子集与第一组相关基站通信，所述第一组基站与所选择基站近似成对角线关系；(c)确定所述终端站组的地理非对角线子集，其中所述非对角线子集与第二组相关基站通信，所述第二组基站与所选择基站不成对角线关系；(d)为所述第一组基站分配第一组时间帧；(e)为所述第二组基站分配第二组时间帧；(f)在所述第一组时间帧期间，从与所述第一组基站相关的终端站传送上行链路信息；(g)在所述第二组时间帧期间，从与所述第二组基站相关的终端站传送上行链路信息。
根据本发明的再一个方面，提供了一种降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括多个基站和多个终端站，每个终端站与至少一个基站相关，并且每个基站具有相关的小区，每个小区包括多个相关扇区，所述多个基站使用帧同步通信，所述通信系统包括上行链路以及下行链路，所述上行链路包括被分成多个时间帧的上行链路信号，每个时间帧具有相关的帧编号，所述方法包括下述步骤(a)确定可能干扰所选择基站的终端站组，所述终端站组中的至少一个以与所选择基站相同的频率进行工作，具有与所选择基站基本相同的极化，而且具有面向所选择基站方向的扇区化天线，所述确定终端站组的步骤还包括(i)确定所选择基站的选择扇区的工作特性集；和(ii)确定包含所选择扇区的工作特性集的一组终端站；
(b)确定所述终端站组的地理对角线子集，其中所述对角线子集与第一组相关基站通信，所述第一组基站与所选择基站近似成对角线关系；(c)确定所述终端站组的地理非对角线子集，其中所述非对角线子集与第二组相关基站通信，所述第二组基站与所选择基站不成对角线关系；(d)为所述第一组基站分配第一组时间帧；(e)为所述第二组基站分配第二组时间帧；(f)在所述第一组时间帧期间，从与所述第一组基站相关的终端站传送上行链路信息；(g)在所述第二组时间帧期间，从与所述第二组基站相关的终端站传送上行链路信息。
根据本发明的再一个方面，提供了一种降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括多个基站和多个终端站，每个终端站与至少一个基站相关，并且每个基站具有相关的小区，每个小区包括多个相关扇区，所述多个基站使用帧同步通信，所述通信系统包括上行链路以及下行链路，所述上行链路包括被分成多个时间帧的上行链路信号，每个时间帧具有相关的帧编号，所述方法包括下述步骤(a)确定可能干扰所选择基站的终端站组，所述终端站组中的至少一个以与所选择基站相同的频率进行工作，具有与所选择基站基本相同的极化，而且具有面向所选择基站方向的扇区化天线，所述确定终端站组的步骤还包括(i)确定通信信号的极化和频率，并且确定所选择基站的选择扇区的天线方向；和(ii)确定这样的终端站组，即所述终端站组的通信信号的极化和频率与在子步骤(i)中确定的通信信号的极化和频率相同，并且所述终端站组所选择的扇区的天线方向与子步骤(i)中确定的天线方向相同；
(b)确定所述终端站组的地理对角线子集，其中所述对角线子集与第一组相关基站通信，所述第一组基站与所选择基站近似成对角线关系；(c)确定所述终端站组的地理非对角线子集，其中所述非对角线子集与第二组相关基站通信，所述第二组基站与所选择基站不成对角线关系；(d)为所述第一组基站分配第一组时间帧；(e)为所述第二组基站分配第二组时间帧；(f)在所述第一组时间帧期间，从与所述第一组基站相关的终端站传送上行链路信息；(g)在所述第二组时间帧期间，从与所述第二组基站相关的终端站传送上行链路信息。
本发明包括消除无线通信系统中终端站引起的同信道干扰的有力工具。本发明的同信道干扰降低方法和设备利用选择时间帧之间的(例如，奇数和偶数时间帧之间的)帧同步来降低同信道干扰。有利的是，本发明减少同信道干扰，从而即使在最坏的100％视线(LoS)干扰情况下，也允许稳固的调制方案工作。虽然本发明提高了FDD和TDD系统中的系统性能和容量，本发明的一个实施例使用自适应TDD技术进一步提高频率复用效率。根据该技术，当上行链路和下行链路频率复用效率不同时，本发明实现上行链路/下行链路比例公式，以便进一步提高系统容量(即降低同信道干扰)。本发明通过改变上行链路和下行链路时间部分之间的比例，补偿上行链路和下行链路中的复用效率差别。
本发明的方法和设备可用在任意类型的具有时间帧和基站同步的基于帧的帧同步通信系统中。这样的一个例子是本发明在4扇区、2个频率集TDD宽带无线通信系统中的应用。另一方面，本发明可用在6扇区、3个频率集TDD宽带无线通信系统中。
在本发明的一个优选实施例中，地理位置接近的具有潜地干扰终端站的基站只在选择的时间帧上作用于上行链路。根据带宽要求和频谱效率，本发明可利用基于系统能力和要求的公式改变上行链路和下行链路时间帧比例。
图1a是表示频率复用的例证宽带无线通信结构的简化图。
图1b表示例证宽带无线频率复用结构的简化图形表示，表示了与同信道干扰相关的潜在问题。
图2表示图1b的基站1g的上行链路C/I比例与潜地干扰终端站的视线(line of sight)(LoS)活动性的可能性的关系曲线。
图3表示利用本发明的上行链路时间帧分配方案的图1b的系统的简化图。
图4表示参考图3说明的频率复用方案的例证时间帧图谱。
图5a表示和本发明一起使用的具有为2的频率复用因子、1个频率集和4扇区/小区的频率复用方案的简化图形描述。
图5b表示代表扇区X和Y的上行链路和下行链路分配的例证时间帧图谱。
图6表示根据本发明的具有为2的频率复用因子，3个频率集和6扇区/小区的频率复用方案的简化图形描述。
图7表示根据本发明的具有为3/2的频率复用因子，4个可用频率集和6扇区/小区的频率复用方案的简化图形描述。
图8表示由各种复用方案的使用而引起的上行链路C/I比例与潜在干扰终端站的视线(LoS)活动性的可能性的关系曲线。
图9a表示图3、6和7的帧同步系统中使用的例证时间帧图谱，表示了FDD系统中的时间帧图谱。
图9b表示图3、6和7的帧同步系统中使用的例证时间帧图谱，表示了TDD系统的上行链路和下行链路中的时间帧图谱。
附图中相同的附图标记代表相同的部件。
具体实施例方式
本说明中，所示的优选实施例和例子应被理解为典型，而不是对本发明的限制。
本发明的优选实施例是降低基于帧的帧同步宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法和设备。本发明通过在预定的时间帧从选择的基站传送上行链路数据，同时在不同的预定时间帧从其它基站传送上行链路数据，从选择的基站中消除了同信道干扰。在一个优选实施例中，在上行链路和下行链路频率复用效率不同的TDD系统中，本发明实现补偿复用效率差别的上行链路/下行链路比例公式。现在说明供本发明的同信道干扰降低方法和设备使用的例证帧同步无线通信系统。
供同信道干扰降低发明使用的基于帧的通信系统的概述在相关专利No.6016311(Gilbert等，2000年1日18日颁证)“Adaptive Time Division Duplexing Method and Apparatus forDynamic Bandwidth Allocation within a Wireless CommunicationSystem”(该专利就其关于无线通信系统的教导作为参考包含于此)中描述了供本发明使用的例证宽带无线通信系统。专利No.6016311中描述的通信系统是一种用于无线通信系统中的双工传输的自适应时分双工(ATDD)方法和设备。通过适应信道的上行链路和下行链路带宽要求，ATDD系统促进无线通信系统中通信信道的有效使用。根据ATDD系统，利用多组预定的带宽要求参数，持续监视通信链路带宽要求。ATDD系统响应不断变化的通信链路带宽需要，灵活并且动态地为上行链路或下行链路传输分配时隙。ATDD系统特别适用于宽带无线通信系统，不过也可用在自适应动态时分双工传输方案合乎需要的任意数据通信系统中。
和现有技术的使时隙专用于上行链路或下行链路传输的TDD系统相反，ATDD系统动态改变指定为上行链路或下行链路传输周期的时隙。从而，上行链路/下行链路带宽分配可被改变，以适应链路的上行链路/下行链路带宽要求。于是，ATDD系统允许信道使用对称或者不对称的上行链路/下行链路时隙分配，取决于信道的需要。在不对称时隙分配的情况下，ATDD系统交替地允许不对称有利于上行链路(即和下行链路时隙相比，分配更多的上行链路时隙)或者有利于下行链路(即和上行链路时隙相比，分配更多的下行链路时隙)。
存在无数的时隙分配方案。一种简化的时隙分配方案使用“基于帧”的方法，只有当把帧的剩余时隙配置给上行链路(或者下行链路)传输时，该方法才允许系统动态地把帧的第一部分时隙分配给下行链路(或者上行链路)传输。一种备选的基于帧的方法类似地允许系统动态地只把帧的第一部分时隙分配给下行链路(或者上行链路)传输，但是帧的剩余时隙可被分配给上行链路传输或下行链路传输，这取决于信道带宽需要。
当用在提供宽带数据、视频和电话服务的无线通信系统中时，ATDD系统特别有利。无线通信系统最好包括被组织成小区群集的多个小区，每个小区包括一个具有相关有源天线阵列的基站，每个基站向具有多个用户设备的多个用户场所提供无线连接性。
在ATDD系统的一个优选实施例中，通过使用带宽需求参数监视和更新通信链路时隙分配，实现信道效率和数据带宽的改进。根据ATDD系统，每个通信话路最好被分配一组“初始”带宽参数和一组“实际”带宽参数。当首次安装系统时，可建立所述一组初始带宽参数。系统通过利用本发明的监视和更新技术，产生并保存所述一组实际的带宽参数。一旦系统了解通信话路的带宽要求的准确性质，系统就更新初始数值，以便准确地反映信道的实际带宽需求。除了分配、监视和更新话路带宽参数之外，现在的ATDD系统还为无线通信系统的基站和群集控制器保存一组带宽参数。基站参数用于控制指定小区的上行链路/下行链路时间分配。群集参数用于控制指定群集中的所有小区的上行链路/下行链路时间分配。
上行链路时间-帧分配方案本发明降低帧同步宽带无线通信系统中的同信道干扰。本发明通过在选择的时间帧从选择的基站发送上行链路数据，同时在不同的选择时间帧从其它基站发送上行链路数据，从选择的基站中消除同信道干扰。
在本发明的优选实施例中，一种简单方法允许从选择的基站消除同信道干扰。该方法可和在下行链路和上行链路，或者另一方面如同TDD或半双工FDD系统一样，只在上行链路上具有成帧结构的系统一起使用。这里定义的“帧同步”系统是其中所有基站使用基于帧的通信，并且其中所有的帧在时域中相互同步的系统。一般来说，考虑到传播延迟，在信元之间需要一定量的“保护”时间。这些帧同步系统中的所有基站利用时间帧与它们相应的用户装置(或者宽带无线接入系统中的终端站)通信，在所述时间帧内，帧在时间上同步。对本领域的技术人员来说，显然存在不在位块层次上时间同步的基于帧的系统。但是，本发明设想在基于帧的帧同步通信系统中的应用。
根据本发明，识别具有潜在干扰终端站的基站，并根据基站的位置，在独立的时间帧内把基站分配给上行链路上的通信。具有潜在干扰终端站的基站是在相同频率下工作，具有相同极化，并且具有相对于绝对North面向相同方向的扇形天线的基站。
根据本发明，具有地理上位于相同或相似对角线(相对于基站)上的潜在干扰终端站的基站在第一组时间帧(例如“偶数”时间帧)工作。类似地，具有地理上不位于相同或相似对角线上的潜在干扰终端站的基站在第二组时间帧(例如“奇数”时间帧)工作。
图3利用本发明的上行链路时间帧分配方案表示了图1b的系统的简化表现。如图3中所示，当与位于扇区4a中的终端通信时，基站1a、1e、1f和1g在相同的频率(频率A)下工作，具有相同的极化和面向相同方向(西北)的扇形天线。从而，当在上行链路上通信时，与基站1a、1e和1f相关的扇区4a具有可能干扰基站1g的终端站。基站1a地理上位于和基站1g相同的对角线32上。从而，根据本发明，基站1a和1g在上行链路中的第一组时间帧上工作。例如，基站1a和1g只在上行链路中的偶数时间帧上工作。基站1e位于对角线33上，基站1f位于对角线31上。基站1e和1f在地理上并不位于相对于基站1g的相同对角线32上。从而，根据本发明，基站1e和1f在上行链路中的第二组时间帧上工作。例如，基站1e和1f在上行链路中的奇数时间帧上工作。于是，消除了扇区T2和T3中的终端站对基站1g的同信道干扰(扇区4a分别与基站1f和1e相关)。从而，即使在100％LoS的最坏情况(图2)下，基站1g仍然能够利用QPSK调制方案工作，因为只有扇区T1中的终端站会干扰基站1g的上行链路。
图4表示参考图3说明的频率复用方案的例证时间帧图谱。如图4中所示，位于扇区T1和T4内的终端站(相对于基站1g在相同的对角线上)只在偶数时间帧内才在上行链路上工作(即有效)。位于扇区T2和T3内的终端站在偶数时间帧内并不在上行链路上工作(即无效)。于是，在偶数时间帧内，扇区T2和T3中的终端站并不影响上行链路上的C/I。参见图3，有利的是，在偶数时间帧内，只有扇区T1中的终端站才会影响沿上行链路方向由基站1g实现的C/I。
类似地，位于扇区T2和T3内的终端站(没有在相对于基站1g的相同对角线上)只在奇数时间帧内才在上行链路上工作(即有效)。在奇数时间帧内，位于扇区T1和T4内的终端站并不在上行链路上工作(即无效)。于是，在奇数时间帧内，基站1g只从位于扇区T2和T3中的终端站接收上行链路方向的可能干扰。但是，在该时期内，位于扇区T4中的终端站在上行链路上无效，因此扇区T2和T3中的终端站可能产生的干扰不会影响上行链路上的系统性能。
本领域中的普通技术人员将认识到在上行链路中按照基于帧的帧同步方式工作，具有帧同步基站的任意通信系统可用于实践本发明的上行链路频率分配复用方案。例如，半双工FDD和TDD可和本发明一起使用。另外，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，不同的时间帧分配方案可和本发明一起使用。例如，扇区T1&T4内的终端站能够每隔两帧在上行链路上工作。在这种方案中，在T1和T4在上行链路上有效的时间帧内，扇区T2和T3内的终端站在上行链路上无效。
本发明的频率复用方案也可扩展并且适合于用在使用各种各样小区拓扑的系统中。另外，本领域中的技术人员将认识到本发明可适合于降低小区或扇区内特定的潜在干扰产生者，其中由于环境中传播条件的缘故，所述特定的潜在干扰产生者更可能干扰。注意在这种情况中，通过利用本发明，整个系统不会被恶化(penalize)一倍(即，根据使用的偶数/奇数时间帧，系统中的所有用户不会被恶化一倍)。相反，系统允许这些干扰用户在1-N的基础上通信。其它系统用户(大多数其它用户)在N-1-N的基础上通信。N大于1，并且通常远大于1。
上行链路/下行链路比例分配方案当同信道干扰确定上行链路和下行链路的不同频谱效率时，本发明择上行链路/下行链路通信时间帧使用可变比例。这里，频谱效率被定义为以位/赫兹(bps/Hz)量度的通信系统中可传送的信息量。一般来说，频谱效率正比于系统容量，反比于干扰。因此，随着系统干扰的降低，系统的频谱效率和容量增大。众所周知，一些无线通信系统具有不同的上行链路频谱效率(Su)和下行链路频谱效率(Sd)。例如，如前所述，由于基站使用的扇形天线和终端站使用的窄带天线之间的差别，和下行链路相比，宽带无线接入通信系统在上行链路上一般具有不同的同信道干扰，从而具有不同的频谱效率。如下更详细所述，本发明可利用自适应TDD技术(例如在所包含并且普通转让的美国专利No.6016311中描述的那种自适应TDD技术)来补偿上行链路和下行链路频谱效率之间的差别。
虽然美国专利No.6016311教导根据通信不对称情况，改变上行链路/下行链路比例，但是它没有考虑根据频谱效率方面的差别和上行链路及下行链路中的同信道干扰改变该比例。有利的是，本发明把可变比例用于上行链路和下行链路，以补偿上行链路和下行链路之间复用效率的差别。
根据本发明，当干扰确定上行链路和下行链路中不同的频谱效率时，自适应TDD方法被用于通过利用时间补偿转移不平衡，补偿相异的低效率。例如，考虑希望具有对称上行链路和上行链路网络带宽(即为上行链路保留50％的带宽分配，为下行链路保留50％的带宽分配)的情况，但是由于上面说明的原因，下行链路平均频谱效率约为3bps/Hz，而上行链路平均频谱效率约为1.5bps/Hz。这样，可通过改变分配的带宽，补偿频谱效率方面的差别。例如，在所述情况中，各帧可被分成具有3∶1.5或者2∶1比例的上行链路部分和下行链路部分，意味着帧的约67％的部分被分配给上行链路传输，约33％的部分被分配给下行链路传输。由于假设的频谱低效率的缘故，导致所需的50/50网络上行链路/下行链路带宽比例。
考虑另一具体例子，其中由于不同带宽要求的缘故，需要80％的下行链路/上行链路带宽分配比例(80％的网络带宽分配给下行链路，只把20％的网络带宽分配给上行链路)。这可能是因特网web用户一般在下行链路上向基站请求大量数据，但是在上行链路上传送少量数据的情况下的典型情况。假定和上述相同的下行链路/上行链路频谱效率(即下行链路上3bps/Hz，而在上行链路上仅为1.5bps/Hz)，通过把67％的帧分配给下行链路通信，把33％的帧分配给上行链路通信，可使用自适应TDD方法来改变上行链路/下行链路带宽分配比例，补偿频谱效率差别，从而实现所需的80/20的网络带宽分配。或者，按照另一种方式所述，80/20的所需带宽分配(下行链路/上行链路)为4/1比例。通过把2/3分配给下行链路，把1/3分配给上行链路，或者(2/3*3(bps/Hz))/(1/3*3/2(bps/Hz))＝2/(1/2)＝4/1，不管上行链路和下行链路效率之间的差别，实现所需的4∶1的网络带宽分配比例。
现在我们转向更一般的情况。一般来说，当在时间帧通信系统中要求特定的网络下行链路/上行链路比例时，计算专用于下行链路的时间帧(或者带宽)的分数部分(Rd)，系统据此调整带宽分配。等式1用于计算Rd。
等式(1)Rd＝1[(Sd/Su)/(Td/Tu)+1]；其中，Sd＝下行链路的频谱效率；Su＝上行链路的频谱效率；
Td＝下行链路上系统分配的时隙；Tu＝上行链路上系统分配的时隙。
通信系统按照众所周知的方式监视并调整Td/Tu比例。从而，可据此在时域中修改时间帧(专用于上行链路和下行链路的带宽的数量)。例如，ATDD时间帧方法可根据利用等式1计算的Rd值，分配时间帧的下行链路部分。利用下述等式Ru＝1-Rd，根据Rd简单地计算专用于上行链路的时间帧的分数部分(Ru)。
根据本发明，当使用上述(参考图3和4)说明的上行链路时间帧分配方案(例如奇数/偶数时间帧分配)时，使用等式2计算Rd等式(2) Rd＝1/[(Sd/Su)/(Td/Tu/2)+1]注意在等式2中，上行链路上系统所分配的时隙，或者说Tu被除以因子“2”。如上所述以及由于上面给出的原因，在BWA系统中，上行链路经受的同信道干扰一般大于下行链路。因此，和下行链路相比，上行链路上频率的复用较少。由于上行链路中干扰增大的缘故，RF规划方案恶化上行链路。等式2通过考虑到更多的上行链路时间，在时间方面补偿了上行链路和下行链路频率复用效率之间的这种差别。
从而，本发明的方法和设备可使用下行链路/上行链路比例和上行链路时间帧分配方案的组合来降低具有ATDD的宽带无线通信系统中的同信道干扰。现在在各种例证通信复用方案方面说明本发明的同信道干扰降低方法和设备。
例证的通信复用方案上面已在具有为2的频率复用因子、2个频率集(A和B)和每个小区4个扇区的通信复用方案的情况下说明了本发明的同信道干扰降低方法和设备。如同无线通信领域中的普通技术人员将认识到的一样，本发明并不局限于此，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可使用不同的通信复用方案。现在参考图5-8说明这样的备选方案的例子。
复用2，1个频率集，4扇区图5a表示和本发明一起使用的具有为2的频率复用因子、1个频率集和4扇区/小区的频率复用方案的简化图形描述。如图5a中所示，以时间帧分配为基础(偶数帧和奇数帧)分隔单个频率A，所述单个频率A被极化从而得到4个单独的RF信道(Ae、Ae′、Ao和Ao′)。Ae和Ae′只在偶数时间帧上传送。Ao和Ao′只在奇数时间帧上传送。图5b表示代表扇区X和Y的上行链路和下行链路分配的例证时间帧图谱。如图5b中所示，在偶数时间帧内扇区X在上行链路上有效，而扇区Y只在奇数时间帧内才在上行链路上有效。本领域的普通技术人员将认识到图5的通信方案适合于与上述本发明方法和设备一起使用。
复用2，3个频率集，6扇区图6表示根据本发明的具有为2的频率复用因子，3个频率集(具有2个极化的3个不同频率)和6扇区/小区的频率复用方案的简化图形描述。如图6中所示，3个频率集被极化从而得到6个截然不同的RF信道(图中用各种不同的阴影表示)。具有相同阴影的扇区使用相同的频率和相同的极化(即具有相同阴影的扇区使用相同的RF信道)。小区名义上为六角形，每个小区具有6个RF信道。
如图6中所示，基站11a、11b、11c、11d、11e和11f都使用相同的频率复用模式。这里相同的复用模式被定义为把相同的RF信道用于小区内地理位置相似的各个扇区的小区。为了清楚起见，如图6中所示，与基站11a相关的各个扇区使用和基站11b相同的频率复用模式。与基站11a和11b相关，并且相对于它们各自的基站11a和11b面对相同方向的各个扇区使用相同的RF信道。例如，扇区T15(沿东北方向从基站11a伸出)和扇区T12(沿相同的方向，即东北方向从其相关基站11b伸出)一样使用相同的RF信道。如图6中所示，基站11a所服务的小区中的其它每个扇区和基站11b所服务的与它们的地理位置对应的扇区一样使用相同的RF信道。
为了降低上行链路中的同信道干扰，必须识别可能在上行链路中导致同信道干扰的所有终端站。为此，只考虑使用相同的频率复用模式，并且与关心的影响同信道干扰的基站足够近的那些基站。新的同信道干扰降低方法和设备逐个扇区地工作。即，对干扰降低来说，只需要考虑与关心的扇区足够近，和关心的扇区一样使用相同的RF信道，并且和所关心的扇区一样相对于它们的相关基站面向相同方向的扇区。随后对小区中的每个扇区并且沿着小区的各个扇区的视线方向延伸并重复该方法。
对本例来说，考虑对基站11a的潜在上行链路干扰，具体地说，可能对位于扇区T15中的终端站产生不利影响的潜在干扰。如图6中所示，基站11b、11c、11d、11e使用和所关心的基站11a相同的频率复用模式。这些基站均把相同的频率极化用于面对相同方向(即东北)的扇形天线。从而，例如，基站11b-11e具有位于扇区T11-T14中，能够在上行链路上潜在干扰扇区T15中在上行链路上与基站11a通信的终端站的终端站。注意和扇区T15一样使用相同RF信道，但是与T15相隔较远的扇区不被看成潜在的干扰者。
于是，本发明的方法确定位于具有和所关心的基站相同的复用模式的小区中的所有潜在干扰扇区。在所示例子中，我们关心可能在上行链路上干扰扇区T15的所有扇区。如图6中所示，扇区T15沿方向线40面向东北方向。利用本方法考虑距离扇区T15足够近，从而可能在上行链路上导致同信道干扰，具有和T15相同的复用频率和极化，并且地理位置类似的所有扇区(即位于T15和基站11a的视线上，并且如同T15相对于基站11a面向的那样，相对于它们的相关基站面向相同方向)。如图6中所示，扇区T11、T12、T13和T14均满足这些标准。于是，位于这些扇区中的传输站是上行链路上对位于扇区T15中的传输站的潜在干扰者。扇区被识别为潜在的干扰者，因为(a)它们使用和扇区T15相同的RF信道，(b)它们如同T15一样，相对于它们的相关基站面向相同的方向(这种情况下，方向线40的方向，例如东北方向)，并且它们距离扇区T15足够近，以便潜在影响基站11a的上行链路上的同信道干扰。
新方法随后根据识别的潜在干扰扇区到所关心的扇区，这种情况下为扇区T15的接近度，逻辑上把识别的潜在干扰扇区分成单独的计时分组。例如，第一个这样的扇区是最近的与基站11c相关的扇区T11。也使用和T15相同RF信道的等距离扇区(到扇区T15等距离)是与基站11f相关的T10。但是，T10不在沿着方向线40的扇区T15的视线上，于是不会显著干扰扇区T15。但是，对本发明来说，在逻辑上T10可被分入和T11相同的计时分组中。具有相同RF信道，并且沿着由对角方向线44指示的相同对角方向线的所有其它扇区在逻辑上可被归入该第一计时分组中。
由于扇区相对于它们的相关基站的结构的缘故，确定扇区计时分组的对角方向线垂直于所关心的扇区的视线。例如，如图6中所示，确定第一扇区计时分组的对角方向线44生趣于扇区T15的视线，或者扇区T15相对于其相关基站11a所面向的方向。图6中该方向由方向线40确定。
基站11b、11d和11e使用和基站11a相同的频率复用计划，并且可由如同第二对角方向线46指示的第二对角方向线确定。类似于第一对角线44，对角线46确定分别包括基站11b、11d及11e和扇区T12、T13和T14的第二扇区计时分组。注意对角线46垂直于对角线40，并且必须平行于对角线44。本发明使用这两条对角线44和46控制它们各自扇区的帧计时。
为了消除由扇区T11(扇区T15的最近扇区)引起的上行链路干扰，只允许扇区T11中的终端站在(基站11a的)扇区T15中的终端站无效的帧内在上行链路上传输。另一方面，当T15在上行链路上有效时，扇区T11中的终端站停用。如图6中所示及上面所述，扇区T11属于由对角线44确定的第一计时分组。因此，T11只在第一组帧内有效，在第二组帧内是无效的。假定基于帧的通信系统具有“奇数”帧和“偶数”帧，则第一组帧可被称为奇数帧，第二组帧可被称为偶数帧。于是，只在奇数帧内，T11在上行链路中才是有效的，在偶数帧内是无效的。T15在奇数帧内无效，在偶数帧内有效。图6通过把对角线44称为“奇数”对角线，把对角线42称为“偶数”对角线反映这种计时。对角线46也被称为“偶数”对角线，因为它和扇区T15一样使用相同的帧计时。更具体地说，在偶数帧内，扇区T12、T13和T14(由偶数对角线46确定)都有效，在奇数帧内都无效。
有利的是，在扇区T15中的终端站有效的时间帧内，有效地除去地理位置最近的潜在干扰扇区T11(潜在干扰扇区T15中的终端站的上行链路)中的终端站对上行链路的干扰。来自其它潜在干扰扇区(即T12-14)的同信道干扰仍然存在，但是由于这些扇区到所关心扇区T15的距离的缘故，这些同信道干扰处于可接受的水平。于是，利用本发明提高了通信系统的整体性能。
注意上述复用技术可扩展到包括所关心扇区中的每个扇区。利用和上面所述相同的方法，选择关心的第二扇区。例如，直接毗邻T15并且在T15西部的扇区被选为关心的第二扇区。现在相对于基站11a来说，该扇区面向第二方向。这样对角线40面向新的方向，即西北方向。从而，扇区计时分组对角线42、44和46都沿着反时针方向旋转到西南-东北方向上的某点。即，对角线42、44和46垂直于现在指向东北的方向线40。
和所关心的新扇区一样具有相同RF信道，并且由扇区的对角线42、44和46确定的扇区的帧计时和上面针对当T15为所关心的扇区时的情况说明的帧计时一样。从而，按照上述相同方式由偶数对角线42、46和奇数对角线44确定潜在干扰扇区的计时。本领域的普通技术人员将认识到可对所关心的基站的每个扇区重复相同的过程，以便确定通信系统中每个扇区的帧计时。
复用3/2，4个频率集，6扇区图7表示根据本发明的频率复用因子为3/2，具有4个可用频率集和每个小区6个扇区的频率复用方案的简化图形描述。根据该复用方案并如图7中所示，极化4个可用频率集中的3个，从而得到每个小区6个独立的RF信道(由不同的阴影表示)。具有相同阴影的扇区使用相同的RF信道。小区名义上为六角形。这是实际环境的简化，但是用于描述本发明的该实施例。
如图7中扇区的阴影所示，对应于基站21a、21b、21c和21d的小区都具有相同的频率复用计划。对于沿相同方向远离它们各自基站的每个扇区来说，频率复用模式是相同的。例如，对于沿东北方向远离基站21a、21b、21c和21d的扇区来说，使用具有相同极化的相同频率。从而，如上所述，基站21b、21c和21d可包括分别位于扇区T21、T22和T23中，能够潜在干扰扇区24中与基站21a通信的终端站的上行链路的终端站。类似于上面参考图6说明的对角线，基站21a和基站21c在地理上位于相同的对角方向线(由方向线40′表示)上。即，距离以基站21a为中心的小区最近(当沿对角线40′移动时距离最近)，并且和基站21A一样使用相同的频率复用模式的小区是以基站21c为中心的小区。换句话说，方向线40′上，相对于扇区T24的最近的潜在干扰(上行链路上)扇区是扇区T22。
但是，如图7中所示，存在两个其它的潜在干扰扇区，扇区T21和T23。这些扇区(相对于它们各自的相关基站21b和21d)和扇区T24相对于其相关基站21a一样面向相同的方向(即方向线40′所示的东北方向)。此外，扇区T21和T23比扇区T22更接近于扇区T24。于是，为了降低上行链路中来自附近的潜在干扰扇区(这种情况下为T21和T23)的同信道干扰，在第一组时间帧内，T21和T23在上行链路上有效，在第二组时间帧内，T24在上行链路上有效，反之亦然。
类似于参考图6说明的技术，于是扇区T21和T23被分配给由图7中被标记为“偶数”的第一对角线52表示的第一扇区计时分组。扇区T24被分配给图7中被标记为“奇数”的第二对角线51表示的第二计时分组。扇区T22也被分配给“奇数”对角线53，并且和扇区T24一样使用相同的计时(即，在第二组时间帧内，扇区T22在上行链路上有效)。如果系统使用“奇数/偶数”时间帧指示，则扇区T24和T22只在奇数时间帧内在上行链路上有效，在偶数时间帧内在上行链路上无效。相反，扇区T21和T23只在偶数时间帧内在上行链路上有效，在奇数时间帧内在上行链路上无效。
可参考与扇区T21-T24相关的基站说明这种相同的技术。基站21a和21c只在奇数时间帧内在上行链路上有效。基站21b和21d在奇数时间帧内在上行链路上无效，只在偶数时间帧内有效。于是，消除了可能由扇区T21和T23中的终端站引入的任何潜在的同信道干扰(相对于基站21a，从而影响来自扇区T24中的终端站的上行链路通信)。在奇数时间帧内，对上行链路的唯一潜在影响来自于扇区T22中的终端站。但是，这种影响是可接受的，因为扇区T22与扇区T24的距离相当远。从而，降低了上行链路上的同信道干扰，增大了容量，可使用不太稳固的调制方案。这导致效率更高、成本更低的通信系统。
注意上述复用技术可扩展到包括所关心小区中的每个扇区。本领域中的技术人员将认识到可如同参考图6说明的那样扩展图7的通信系统。因此，选择关心的一个不同扇区，并按照反时针方向把上述扇区对角线转动到和位于所关心扇区内的终端站相对于它们的相关基站面向相同方向的一点。本领域中的普通技术人员将认识到可对所关心的基站的每个扇区重复相同的过程，以便为通信系统中的每个扇区确定帧计时。
图8表示了由各种复用方案的使用引起的上行链路C/I比例与潜在干扰终端站的视线(LoS)活动性的可能性的关系曲线。纵轴表示以dB量度的C/I比例。横轴代表相对于所需基站具有LoS位置的终端站的可能性(以百分比量度)。当LoS的可能性为100％时，同信道干扰最大(即发生最坏的情况)。从而，C/I比例达到其最小值(即同信道干扰处于其最大水平)。
现在参见图8，图中表示了代表当使用上述四种复用方案时观测的C/I的四条曲线。首先，标记为“4扇区情况”的曲线表示与上面参考图1说明的4扇区复用方案相关的C/I，其中没有采用本发明的同信道干扰降低。其次，标记为“6扇区情况”的曲线表示当使用上面参考图6和7说明的6扇区复用方案时观测的C/I改进，但是，没有实现本发明的同信道干扰降低方法和设备。在标记为“消除附近干扰者”的曲线中表示了使用图6的6扇区复用方案，并且实现本发明的同信道干扰降低方案的C/I改进。最后，标记为“单干扰者(和FR＝3/2有关)”曲线表示上面参考图7说明的6扇区复用方案并实现本发明的同信道干扰降低。
图8的标记为“64 QAM、16 QAM和4 QAM”的水平虚线代表低于其相关调制方案不能正确起作用的最小C/I水平。从而，在C/I水平为25dB或者更高的情况下，QAM-64调制方案能够正确工作，但是在25dB下不能正确起作用。在18dB或者更高的C/I水平下，QAM-16调制方案能够正确发挥作用。在11dB或更大的C/I水平下，QAM-4调制方案能够正确发挥作用。分析图8的曲线，在大于约50％的LoS处，“4扇区情况”曲线低于4 QAM线条。类似地，在大于约55％的LoS处，“6扇区情况”曲线低于4 QAM线条。从而，由于即使当C/I低于11dB时，最稳固的调制方案(即4 QAM)也不能够正确起作用，因此4扇区和6扇区复用方案的系统容量被极大地降低。
但是，当和上面参考图6说明的6扇区复用方案(由“消除了附近干扰者”曲线代表)一起利用本发明的同信道干扰降低方法和设备时，最坏的C/I情况(即100％LoS)为11dB。从而，由于当C/I保持11dB或之上时，最稳固的调制方案(即QPSK)能够起作用，因此通信系统的容量不会受到极大影响。
此外，当和上面参考图7说明的6扇区复用方案(由“单一干扰者”曲线代表)一起使用本发明的同信道干扰降低方法和设备时，在约75％的LoS下，C/I低于18dB。从而，通过利用本发明的方法和设备，每当LoS小于75％时，通过利用QAM-16调制方案，无线通信系统能够起作用。
例证的时间帧图谱—半双工FDD和TDD上面在具有各种频率复用因子、频率集和小区扇区的各种通信复用方案(例如参考图3、6和7说明的通信方案)的方面说明了本发明的同信道干扰降低方法和设备。本领域中的普通技术人员将认识到在上行链路中按照基于帧和帧同步方式工作，并且具有帧同步基站的任意通信系统可用于实践本发明的上行链路频率分配复用方案。现在参考图9-10说明可用在图3、6和7的帧同步系统中的两个例证时间帧图谱(半双工FDD和TDD)。
半双工FDD图9a表示用在图3、6和7的帧同步系统中的例证时间帧图谱，表示FDD系统的上行链路中的时间帧图谱。图9a中所示的例证时间帧图谱可用在图3、6和7的帧同步系统中。如图9a中所示，位于“偶数”对角线(例如，图3的对角线32、图6的对角线42和46和图7的对角线52)上的基站只在偶数时间帧内才与上行链路上的相关终端站(即有效的)通信。位于“奇数”对角线(例如图3的对角线31和33、图6的对角线44和图7的对角线51和53)上的基站只在奇数时间帧内才与上行链路上的相关终端站(即有效的)通信。于是，在偶数时间帧内，与位于奇数对角线上的基站相关的终端站不会影响上行链路上的C/I。类似地，在奇数时间帧内，与位于偶数对角线上的基站相关的终端站不会影响上行链路上的C/I。于是，当在FDD系统的上行链路中利用图9a的时间帧图谱时，可能由附近扇区中的终端站产生的干扰不会恶化上行链路上的系统性能。
TDD图9b表示用在图3、6和7的帧同步系统中的例证时间帧图谱，表示了TDD系统的上行链路和下行链路中的时间帧图谱。图9b中所示的例证时间帧图谱可用在图3、6和7的帧同步系统中。如图9b中所示，位于“偶数”对角线(例如图3的对角线32、图6的对角线42和46和图7的对角线52)上的基站只在偶数时间帧内与上行链路上的相关终端站(即有效的)通信。位于“奇数”对角线(例如图3的对角线31和33、图6的对角线44和图7的对角线51和53)上的基站只在奇数时间帧内才与上行链路上的相关终端站(即有效的)通信。于是，在偶数时间帧内，与位于奇数对角线上的基站相关的终端站不影响上行链路上的C/I。类似地，在奇数时间帧内，与位于偶数对角线上的基站相关的终端站不影响上行链路上的C/I。于是，当在TDD系统的上行链路中利用图9b的时间帧图谱时，可能由附近扇区中的终端站产生的干扰不会恶化上行链路上的系统性能。有利的是，就利用图9b的时间帧图谱来说，TDD系统的下行链路不受影响。如上所述，由于系统能力的缘故，下行链路比上行链路更稳固(即接收较少的干扰)，从而具有更高的容量。
总结总之，本发明的同信道干扰降低方法和设备包括消除起因于无线通信系统中的终端站的同信道干扰的有力工具。本发明的同信道干扰降低方法和设备利用选择时间帧(例如，奇数和偶数时间帧)之间的帧同步来降低同信道干扰。有利的是，本发明减少同信道干扰，从而即使在最坏的100％视线(LoS)干扰情况下，也允许稳固的调制方案工作。本发明还可实现上行链路/下行链路比例公式，以便进一步提高ATDD系统中的系统容量(即降低同信道干扰)。
已说明了本发明的多个实施例。但是要明白在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可做出各种修改。例如，本发明的方法和设备可用在任意类型的基于帧的帧同步通信系统中。这样的一个例子是本发明在4扇区、2频率集TDD宽带无线通信系统中的应用。另一方面，本发明可用在6扇区、3频率集TDD宽带无线通信系统中。另外，自适应天线可结合本发明一起使用，以提高系统容量。此外，多点对单点链路可用于实践本发明。这等同于在基站使用多个窄带扇形天线。因此，要明白本发明并不受具体举例说明的实施例限制，只由附加权利要求的范围限定。
权利要求
1.一种降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括多个基站和多个终端站，每个终端站与至少一个基站相关，并且每个基站具有相关的小区，每个小区包含多个相关的扇区，所述通信系统包括上行链路以及下行链路，所述上行链路包含被分成多个时间帧的上行链路信号，所述方法包括下述步骤(a)在与被选择基站相关的视线扇区中，确定可能干扰所选择基站从终端站进行接收的一组终端站，其中所述终端站组中的至少一个终端站以与所选择基站相同的频率进行工作，以与所选择基站基本相同的极化进行工作和/或包括面向所选择基站的天线；(b)确定所述终端站组中的第一子集，其中所述第一子集与第一组相关基站进行通信，所述第一组相关基站大致沿着这样的射线设置，即所述射线基本上横穿所选择基站，并且与所述视线扇区斜交和/或与所述视线扇区平行；(c)确定所述终端站组中的第二子集，其中所述第二子集与第二组相关基站进行通信，所述第二组相关基站包括没有大致沿着横穿所选择基站的射线设置的一个或多个基站；(d)为所述第一组基站分配第一组时间帧；(e)为所述第二组基站分配第二组时间帧；(f)在所述第一组时间帧期间，从与所述第一组基站相关的终端站传送上行链路信息；(g)在所述第二组时间帧期间，从与所述第二组基站相关的终端站传送上行链路信息。
2.根据权利要求1的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统是半双工频分双工(FDD)系统。
3.根据权利要求1的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统是时分双工(TDD)系统。
4.根据权利要求1的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述第二组时间帧包含偶数编号的时间帧。
5.根据权利要求1的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中净上行链路/下行链路比等于1/N，其中N为正整数。
6.根据权利要求5的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中净上行链路/下行链路比根据下行链路的平均频谱效率以及上行链路的平均频谱效率而确定。
7.根据权利要求5的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述净上行链路/下行链路比根据Rd值以及Ru值而确定，所述Rd值包含专用于下行链路的时间帧的第一分数部分，所述Ru值包含专用于上行链路的时间帧的第二分数部分。
8.根据权利要求1的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括自适应时分双工(ATDD)通信系统。
9.根据权利要求1的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述确定终端站组的步骤包括下述子步骤(i)确定所选择基站的选择扇区的工作特性集；和(ii)确定包含所述选择扇区的工作特性集的一组终端站。
10.根据权利要求9的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述工作特性集包括极化、频率和基站天线方向。
11.根据权利要求9的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述终端站组包括与至少一个基站的扇区相关的多个终端站。
12.根据权利要求1的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括具有频率复用因子为2、2频率集，并且具有每个小区4扇区的结构的通信复用方案。
13.根据权利要求1的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括具有频率复用因子为2、1频率集以及具有每个小区4扇区的结构的通信复用方案。
14.根据权利要求1的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括具有频率复用因子为2、3频率集以及具有每个小区6扇区的结构的通信复用方案。
15.根据权利要求1的降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括具有频率复用因子为3/2、4频率集以及具有每个小区6扇区的结构的通信复用方案。
16.一种降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的设备，其中所述通信系统包括多个基站和多个终端站，其中每个终端站与至少一个基站相关，并且每个基站具有相关的小区，每个小区包含多个相关的扇区，所述通信系统包括上行链路以及下行链路，所述上行链路包含被分成多个时间帧的上行链路信号，所述设备包括(a)用于在与被选择基站相关的视线扇区中，确定可能干扰所选择基站从终端站进行接收的一组终端站的装置，其中所述终端站组中的至少一个终端站以与所选择基站相同的频率进行工作，以与所选择基站基本相同的极化进行工作和/或包括面向所选择基站的天线；(b)用于确定所述终端站组中的第一子集的装置，其中所述第一子集与第一组相关基站进行通信，所述第一组相关基站大致沿着这样的射线设置，即所述射线基本上横穿所选择基站，并且与所述视线扇区斜交和/或与所述视线扇区平行；(c)用于确定所述终端站组中的第二子集的装置，其中所述第二子集与第二组相关基站进行通信，所述第二组相关基站包括没有大致沿着横穿所选择基站的射线设置的一个或多个基站；(d)用于为所述第一组基站分配第一组时间帧的装置；(e)用于为所述第二组基站分配第二组时间帧的装置；(f)用于在所述第一组时间帧期间，从与所述第一组基站相关的终端站传送上行链路信息的装置；(g)用于在所述第二组时间帧期间，从与所述第二组基站相关的终端站传送上行链路信息的装置。
17.一种降低同信道干扰的基于帧的宽带无线通信系统，包括a)用于在小区中传送和/或接收通信信号的多个基站；b)可操作地连接到所述多个基站，并且控制所述多个基站的基站控制器；c)可操作地连接到所述基站控制器的通用计算机，所述通用计算机被设置成(I)在与被选择基站相关的视线扇区中，确定可能干扰所选择基站从终端站进行接收的一组终端站，其中所述终端站组中的至少一个终端站以与所选择基站相同的频率进行工作，以与所选择基站基本相同的极化进行工作和/或包括面向所选择基站的天线；(II)确定所述终端站组中的第一子集，其中所述第一子集与第一组相关基站进行通信，所述第一组相关基站大致沿着这样的射线设置，即所述射线基本上横穿所选择基站，并且与所述视线扇区斜交和/或与所述视线扇区平行；(III)确定所述终端站组中的第二子集，其中所述第二子集与第二组相关基站进行通信，所述第二组相关基站包括没有大致沿着横穿所选择基站的射线设置的一个或多个基站；(IV)为所述第一组基站分配第一组时间帧；(V)为所述第二组基站分配第二组时间帧；(d)多个终端站，耦合到所述多个基站中的至少一个，用于在所述小区中传送和接收通信信号。
18.一种降低自适应时分双工(ATDD)无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括多个基站和多个终端站，每个终端站与至少一个基站相关，并且每个基站具有相关的小区，每个小区包括多个相关扇区，所述多个基站使用帧同步通信，所述通信系统包括上行链路以及下行链路，所述上行链路包括被分成多个时间帧的上行链路信号，每个时间帧具有相关的帧编号，所述方法包括下述步骤(a)确定可能干扰所选择基站的终端站组，所述终端站组中的至少一个以与所选择基站相同的频率进行工作，具有与所选择基站基本相同的极化和/或具有面向所选择基站方向的扇区化天线；(b)确定所述终端站组的地理对角线子集，其中所述对角线子集与第一组相关基站通信，所述第一组基站与所选择基站近似成对角线关系；(c)确定所述终端站组的地理非对角线子集，其中所述非对角线子集与第二组相关基站通信，所述第二组基站与所选择基站不成对角线关系；(d)为所述第一组基站分配第一组时间帧；(e)为所述第二组基站分配第二组时间帧；(f)在所述第一组时间帧期间，从与所述第一组基站相关的终端站传送上行链路信息；(g)在所述第二组时间帧期间，从与所述第二组基站相关的终端站传送上行链路信息。
19.一种降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括多个基站和多个终端站，每个终端站与至少一个基站相关，并且每个基站具有相关的小区，每个小区包括多个相关扇区，所述多个基站使用帧同步通信，所述通信系统包括上行链路以及下行链路，所述上行链路包括被分成多个时间帧的上行链路信号，每个时间帧具有相关的帧编号，所述方法包括下述步骤(a)确定可能干扰所选择基站的终端站组，所述终端站组中的至少一个以与所选择基站相同的频率进行工作，具有与所选择基站基本相同的极化，而且具有面向所选择基站方向的扇区化天线，所述确定终端站组的步骤还包括(i)确定所选择基站的选择扇区的工作特性集；和(ii)确定包含所选择扇区的工作特性集的一组终端站；(b)确定所述终端站组的地理对角线子集，其中所述对角线子集与第一组相关基站通信，所述第一组基站与所选择基站近似成对角线关系；(c)确定所述终端站组的地理非对角线子集，其中所述非对角线子集与第二组相关基站通信，所述第二组基站与所选择基站不成对角线关系；(d)为所述第一组基站分配第一组时间帧；(e)为所述第二组基站分配第二组时间帧；(f)在所述第一组时间帧期间，从与所述第一组基站相关的终端站传送上行链路信息；(g)在所述第二组时间帧期间，从与所述第二组基站相关的终端站传送上行链路信息。
20.根据权利要求19的方法，其中所述工作特性集包括极化、频率和基站天线方向。
21.根据权利要求19的方法，其中所述终端站组包括与至少一个基站的扇区相关的终端站。
22.一种降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，其中所述通信系统包括多个基站和多个终端站，每个终端站与至少一个基站相关，并且每个基站具有相关的小区，每个小区包括多个相关扇区，所述多个基站使用帧同步通信，所述通信系统包括上行链路以及下行链路，所述上行链路包括被分成多个时间帧的上行链路信号，每个时间帧具有相关的帧编号，所述方法包括下述步骤(a)确定可能干扰所选择基站的终端站组，所述终端站组中的至少一个以与所选择基站相同的频率进行工作，具有与所选择基站基本相同的极化，而且具有面向所选择基站方向的扇区化天线，所述确定终端站组的步骤还包括(i)确定通信信号的极化和频率，并且确定所选择基站的选择扇区的天线方向；和(ii)确定这样的终端站组，即所述终端站组的通信信号的极化和频率与在子步骤(i)中确定的通信信号的极化和频率相同，并且所述终端站组所选择的扇区的天线方向与子步骤(i)中确定的天线方向相同；(b)确定所述终端站组的地理对角线子集，其中所述对角线子集与第一组相关基站通信，所述第一组基站与所选择基站近似成对角线关系；(c)确定所述终端站组的地理非对角线子集，其中所述非对角线子集与第二组相关基站通信，所述第二组基站与所选择基站不成对角线关系；(d)为所述第一组基站分配第一组时间帧；(e)为所述第二组基站分配第二组时间帧；(f)在所述第一组时间帧期间，从与所述第一组基站相关的终端站传送上行链路信息；(g)在所述第二组时间帧期间，从与所述第二组基站相关的终端站传送上行链路信息。
全文摘要
本发明公开了一种降低基于帧的宽带无线通信系统中的同信道干扰的方法，包括在与被选择基站相关的视线扇区中，确定可能干扰所选择基站从终端站进行接收的一组终端站；确定终端站组中的第一子集，第一子集与第一组相关基站进行通信，第一组相关基站大致沿着这样的射线设置，即射线基本上横穿所选择基站，并且与视线扇区斜交和/或与视线扇区平行；确定终端站组中的第二子集，其中第二子集与第二组相关基站进行通信，第二组相关基站包括没有大致沿着横穿所选择基站的射线设置的基站；为第一组基站分配第一组时间帧；为第二组基站分配第二组时间帧；在第一组时间帧期间，从与第一组基站相关的终端站传送上行链路信息；在第二组时间帧期间，从与第二组基站相关的终端站传送上行链路信息。
文档编号H04W16/12GK1750704SQ20051010696
公开日2006年3月22日 申请日期2001年3月30日 优先权日2000年3月31日
发明者伊斯莱尔·J·克莱恩, 西尔登·L.·吉尔伯特, 拉米·哈达尔 申请人:哈林顿阀门有限公司